碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體分尺度量化表征

鄧光校，胡文革，王震

（1.中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，武漢 430074；2.中國石化a.西北油田分公司勘探開發(fā)研究院；b.西北油田分公司，烏魯木齊 830011）

塔里木盆地北部塔河油田奧陶系碳酸鹽巖縫洞型油藏經(jīng)過近二十年的勘探開發(fā)實(shí)踐[1-3]，針對(duì)縫洞型儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)方面取得了較好的效果，發(fā)展集成了一系列的縫洞型儲(chǔ)集體預(yù)測(cè)技術(shù)[4-9]，并對(duì)縫洞的定量預(yù)測(cè)也進(jìn)行了積極探索，對(duì)定量計(jì)算方法和影響因素等方面做了分析[10-12]，解決了縫洞的宏觀識(shí)別與預(yù)測(cè)，而在進(jìn)一步探索縫洞空間結(jié)構(gòu)刻畫、精細(xì)量化表征等方面還面臨諸多技術(shù)難題，縫洞空間結(jié)構(gòu)精細(xì)描述精度低，無法滿足高效開發(fā)的需求。因此，以塔里木盆地北部塔河油田三維地震資料為基礎(chǔ)，根據(jù)地震分辨率、定量計(jì)算理論、縫洞模型正演模擬等方面的研究成果，探索確定一套縫洞尺度劃分的方法和依據(jù)，以期為國內(nèi)外同類型油藏的精細(xì)量化描述提供參考。

1 前期縫洞預(yù)測(cè)和量化描述概況

前期碳酸鹽巖縫洞型油藏勘探開發(fā)主要基于時(shí)間偏移處理的地震數(shù)據(jù)體，以尋找“串珠狀”異常反射為主[13]，常用振幅變化率、本征值相干、螞蟻體等預(yù)測(cè)儲(chǔ)集層，其思路是把大尺度廳堂型溶洞、小型縫洞以及溶蝕孔縫進(jìn)行綜合識(shí)別，微觀上不加以區(qū)分，在平面上和剖面上描述出地震異常的展布范圍和分布特征（圖1），為井位部署提供依據(jù)。同時(shí)，基于這些儲(chǔ)集層預(yù)測(cè)技術(shù)，初步完成了縫洞的量化研究[14]，計(jì)算得到塔河油田探明地質(zhì)儲(chǔ)量。2006—2015年為塔河油田快速增儲(chǔ)上產(chǎn)階段，新鉆井放空漏失自然完井率約為30%，新鉆井建產(chǎn)率超過90%，取得了較好的應(yīng)用效果。

圖1 研究區(qū)地震異常展布特征Fig.1.Distribution characteristics of seismic anomalies in the study area

2 縫洞分尺度量化表征思路

隨著塔河油田碳酸鹽巖油藏開發(fā)的不斷深入，縫洞儲(chǔ)集體規(guī)模不斷變小，縫洞儲(chǔ)集體內(nèi)剩余油分布也越來越復(fù)雜，應(yīng)用一種預(yù)測(cè)方法解決所有問題的預(yù)測(cè)思路和不同尺度縫洞不加以區(qū)分的刻畫描述方式，不能滿足縫洞型油藏高效開發(fā)的需求。特別是2016—2020 年，塔河油田碳酸鹽巖縫洞刻畫由前期的宏觀預(yù)測(cè)向縫洞空間結(jié)構(gòu)和縫洞間連通關(guān)系的精細(xì)表征轉(zhuǎn)變，由快速增儲(chǔ)上產(chǎn)的開發(fā)模式向不斷提高采收率的高效開發(fā)轉(zhuǎn)變，縫洞儲(chǔ)集體刻畫和量化技術(shù)亟待更新。

縫洞儲(chǔ)集體是由不同尺度的洞、孔和縫組成的集合體，如何把這些不同尺度的地質(zhì)異常進(jìn)行細(xì)分，并采取針對(duì)性的方法逐類刻畫和描述，是縫洞量化的關(guān)鍵。需要逐步開展縫洞分類定級(jí)，從一種方法解決一個(gè)問題，多種手段解決不同問題的思維出發(fā)，開展有針對(duì)性的縫洞刻畫技術(shù)研究，建立不同尺度縫洞刻畫技術(shù)方法體系，使縫洞刻畫和量化描述技術(shù)與生產(chǎn)結(jié)合的更加緊密。

從塔河油田碳酸鹽巖油藏生產(chǎn)實(shí)踐出發(fā)，把縫洞儲(chǔ)集體按尺度分成定量刻畫縫洞、半定量識(shí)別縫洞和定性預(yù)測(cè)縫洞，由于影響縫洞刻畫精度的因素非常復(fù)雜，為了減少干擾，重點(diǎn)從縱向分辨能力的角度來分析縫洞高度的變化對(duì)刻畫精度的影響。大尺度的縫洞可以精細(xì)刻畫其體積大小，外部形態(tài)特征，能進(jìn)行定量刻畫[15]；小—中尺度縫洞只能識(shí)別其空間位置和中心點(diǎn)，體積計(jì)算的不確定性較大，僅能進(jìn)行半定量識(shí)別；孔縫在平面上能大致預(yù)測(cè)其分布范圍，在地震剖面上識(shí)別其反射特征，僅能進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。針對(duì)這3 種尺度的縫洞，分別采取不同的預(yù)測(cè)技術(shù)開展量化表征研究，是提高量化描述精度的第一步，而這3 種尺度如何劃分就顯得尤為關(guān)鍵。

3 縫洞分尺度量化理論門檻值的確定

縫洞定量刻畫、半定量識(shí)別和定性預(yù)測(cè)的尺度主要根據(jù)模型正演模擬分析來確定[16-18]?？p洞模型設(shè)計(jì)遵循從簡單到復(fù)雜的原則，首先設(shè)計(jì)一組簡單的正方形二維縫洞模型（圖2a），正方形縫洞邊長分別為20 m、40 m、80 m、120 m 和160 m，為避免縫洞間繞射波場(chǎng)相互干擾影響成像，其橫向間隔均大于500 m，采用非均質(zhì)介質(zhì)波動(dòng)方程數(shù)值模擬，正演模擬觀測(cè)系統(tǒng)：炮檢距50 m，道間距50 m，最大滿覆蓋次數(shù)60次，激發(fā)子波為主頻30 Hz的雷克子波。

不同邊長正方形縫洞模型與正演模擬疊前深度偏移剖面疊合（圖2b）顯示，當(dāng)正方形縫洞邊長小于80 m 時(shí)，地震記錄為短“串珠狀”反射，縫洞頂和底的反射疊加，難以區(qū)分；當(dāng)正方形縫洞邊長不小于80 m時(shí)，縫洞頂和底的反射逐漸區(qū)分開，頂反射基本水平，其形態(tài)比底反射更接近縫洞模型，即地震波對(duì)縫洞頂?shù)目坍嫳瓤p洞底部更清晰，也更準(zhǔn)確。

將縫洞模型和地震屬性疊合（圖2c、圖2d）對(duì)比可知，當(dāng)正方形縫洞邊長不小于40 m 時(shí)，從均方根振幅和振幅變化率上看，縫洞頂和底較清晰；而縫洞邊長小于40 m 時(shí)，各種地震屬性均為一個(gè)能量團(tuán)，縫洞頂、底難以區(qū)分。綜上所述，縫洞外部形態(tài)若要精細(xì)成像，特別是頂?shù)酌嫒粢蛛x開來，縫洞最小的極限高度，即縫洞定量刻畫的理論高度為40～80 m。

設(shè)計(jì)1 組六邊形二維縫洞模型，縫洞高度分別為10 m、20 m、30 m、40 m、50 m、60 m、80 m和100 m（圖3a），其他參數(shù)與正方形二維縫洞模型一致。從正演模擬疊前深度偏移剖面及均方根振幅剖面（圖3b、圖3c）可以看出，不同高度縫洞產(chǎn)生的能量異常及形態(tài)特征與縫洞高度正相關(guān)，即隨著縫洞高度的增加，異常體能量也逐漸變強(qiáng)。當(dāng)縫洞高度大于60 m 時(shí)，其外部形態(tài)在地震剖面及地震屬性剖面上均與六邊形縫洞相似，縫洞頂、底能清晰分辨，可通過地震屬性刻畫縫洞形態(tài)；當(dāng)縫洞高度不大于50 m 時(shí)，其外部形態(tài)在地震剖面及地震屬性剖面上均無法分辨，僅表現(xiàn)為“串珠狀”強(qiáng)反射特征。

圖2 不同邊長正方形二維縫洞模型、疊前深度偏移剖面和地震屬性剖面Fig.2.2D fracture?vug models,prestack depth migration sections and seismic attribute sections in squares with different sides

圖3 不同尺度二維縫洞模型正演模擬結(jié)果、疊前深度偏移剖面和均方根振幅剖面Fig.3.Forward modeling result,prestack depth migration sections and RMS amplitude sections of 2D fracture?vug models on different scales

為了進(jìn)一步明確縫洞外部形態(tài)刻畫的高度臨界值，設(shè)計(jì)3組縫洞模型，縫洞寬度分別為30 m、80 m 和200 m，高度為40～90 m，間隔為2 m，其他參數(shù)與正方形二維縫洞模型一致。3 組模型經(jīng)正演模擬后，通過地震屬性計(jì)算出所有縫洞的高度，并與縫洞模型高度進(jìn)行交會(huì)分析，從縫洞高度校正系數(shù)與縫洞高度擬合曲線（圖4）可以發(fā)現(xiàn)，3 組模型的變化趨勢(shì)基本一致，相關(guān)性較好；縫洞高度為50～54 m 時(shí)，計(jì)算得到的縫洞高度與縫洞模型高度吻合較好，校正系數(shù)約為1.0，縫洞高度小于50 m 時(shí)，計(jì)算得到的縫洞高度與縫洞模型高度呈近似線性校正關(guān)系。

圖4 縫洞高度校正量版Fig.4.Correction template of fracture and vug heights

一般認(rèn)為地震成像的縱向分辨率為1/4波長[19-20]，塔河油田奧陶系碳酸鹽巖地層巖性以灰?guī)r為主，地層速度為5 800～6 100 m/s，當(dāng)目的層的地震資料主頻為30 Hz 時(shí)，縱向上可分辨縫洞的高度為50 m（速度取6 000 m/s），縫洞高度小于50 m 時(shí)，在地震剖面上無法分辨縫洞高度及形態(tài)，地震資料的理論縱向分辨率與正演模擬結(jié)論一致。因此，縫洞定量刻畫的高度臨界值可確定為50 m，即縫洞高度大于50 m 時(shí)，其體積、外部形態(tài)特征能進(jìn)行定量刻畫。

縫洞模型正演模擬結(jié)果表明，當(dāng)縫洞高度小于50 m時(shí)，縫洞在地震剖面上最典型的特征是“串珠狀”強(qiáng)反射，雖然不能夠分辨其大小和外部形態(tài)，但可以肯定是縫洞，其空間位置、中心點(diǎn)的識(shí)別和描述較可靠，體積計(jì)算雖然不確定性較大，但也可以通過體積校正量版進(jìn)一步確定，能進(jìn)行半定量識(shí)別。

塔河油田碳酸鹽巖儲(chǔ)集空間以洞和縫為主，鉆井揭示縫洞高度一般為1～10 m，遠(yuǎn)小于地震分辨率[21]。設(shè)計(jì)1 個(gè)縫洞隨機(jī)模型，縫洞高度為2～8 m（圖5a）。從正演模擬疊前深度偏移剖面上可以看出，地震反射以雜亂反射為主（圖5b），“串珠狀”反射特征不明顯，而六邊形二維縫洞模型中高度為10 m 的縫洞“串珠狀”反射特征較為明顯，當(dāng)縫洞高度小于10 m 時(shí)，表現(xiàn)為雜亂反射特征，僅能進(jìn)行定性預(yù)測(cè)。

圖5 小尺度縫洞隨機(jī)模型（a）和正演模擬疊前深度偏移剖面（b）Fig.5.(a)Stochastic model of small fractures and vugs and(b)prestack depth migration section of forward modeling

4 縫洞分尺度量化與分析

將塔河油田縫洞分3 種尺度，開展分級(jí)標(biāo)定和刻畫（圖6），并對(duì)表層廳堂洞和暗河巖溶系統(tǒng)溶洞進(jìn)行分級(jí)評(píng)估和儲(chǔ)量分類復(fù)算（表1），降低儲(chǔ)量不確定性，為研究區(qū)儲(chǔ)量充分動(dòng)用提供依據(jù)。

針對(duì)塔河油田西部斜坡區(qū)低產(chǎn)低效開發(fā)井，利用分尺度量化方法，對(duì)縫洞體積轉(zhuǎn)換后計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量，通過儲(chǔ)量與產(chǎn)量對(duì)比分析，確定8 口井可實(shí)施調(diào)整側(cè)鉆、14 口井實(shí)施大排量酸壓，以達(dá)到溝通儲(chǔ)集體的目的，18 井次獲得成功，有效率為81.8%，累計(jì)增油4.80×104t。TP154X為直井，供液不足，酸壓后累計(jì)產(chǎn)油0.60×104t，重新分尺度量化確定為高度60 m 的廳堂洞，經(jīng)過體積轉(zhuǎn)換后計(jì)算地質(zhì)儲(chǔ)量，確定前期儲(chǔ)量未完全動(dòng)用，實(shí)施小井距側(cè)鉆76 m 后（圖7），在一間房組頂界面之下80～84 m 放空漏失后完井并建產(chǎn)，目前累計(jì)產(chǎn)油1.35×104t，日產(chǎn)油60 t。

5 結(jié)論

（1）碳酸鹽巖縫洞儲(chǔ)集體非均質(zhì)性強(qiáng)，空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，“串珠狀”地震反射特征只是縫洞集合體的綜合響應(yīng)，縫洞儲(chǔ)集體作為一個(gè)整體開展預(yù)測(cè)和刻畫難度大，多解性強(qiáng)，可靠程度低。

（2）經(jīng)過縫洞模型正演模擬、理論計(jì)算與實(shí)際資料綜合應(yīng)用，初步明確了縫洞可分為高度大于50 m、10～50 m 和小于10 m 分尺度開展定量、半定量和定性預(yù)測(cè)，縫洞量化表征可靠程度更高。針對(duì)不同尺度縫洞儲(chǔ)集體，開展相對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)方法研究，更有利于確定目標(biāo)地質(zhì)體，從而提高油藏描述精度。

圖6 研究區(qū)縫洞分布Fig.6.Distribution of fractures and vugs in the study area

表1 研究區(qū)縫洞分尺度儲(chǔ)量復(fù)算結(jié)果Table 1.Recalculation results of reserves in fractures and vugs on various scales in the study area

圖7 TP154XCH井確定縫洞位置Fig.7.Prediction of fracture?cave of TP154XCH well

（3）影響地震“串珠狀”反射特征的縫洞外形輪廓以及體積計(jì)算的因素較多，縫洞量化的應(yīng)用研究除了從單個(gè)縫洞進(jìn)行有效的分辨和量化描述，還需要建立更完善的縫洞模型庫，分尺度建立相對(duì)應(yīng)的縫洞量化技術(shù)和體積轉(zhuǎn)換量版，逐步實(shí)現(xiàn)縫洞地震異常向地質(zhì)體的轉(zhuǎn)化。